C ++中lambda和常规函数的不同堆栈深度？

Posted 2023-04-18

【中文标题】C ++中lambda和常规函数的不同堆栈深度？

【英文标题】：Different stack depth for lambdas and regular functions in C++?

【发布时间】：2017-02-03 16:57:54

【问题描述】：

考虑一个普通的递归函数：

#include <iostream>
#include <functional>

void f(unsigned long long int x) 
    std::cout << x << "\n";
    if(x < 1e9)
        f(x+1);


int main() 
    f(1);
    return 0;

这终止于 43033。

现在考虑一个递归 lambda：

#include <iostream>
#include <functional>

int main() 
    std::function<void(int)> g = [&g](unsigned long long int x) 
        std::cout << x << "\n";
        if(x < 1e9)
            g(x+1);
    ;
    g(1);
    return 0;

这会在 11736 的堆栈深度低得多时终止。

为什么 lambda 的最大堆栈深度较低？

（使用g++ (GCC) 5.4.0编译，使用-std=c++14 -Wall）

另请注意，使用-O3 优化进行编译允许几乎无限递归深度，但 lambda 仍终止于 25k。

---

编辑：在@Yakk 之后，这里是Y-combinator 的结果：

#include <iostream>
#include <functional>

using namespace std;

template <typename T, typename R>
function<R(T)> Y(function<function<R(T)>(function<R(T)>)> f) 
    // Y f = f (λx.(Y f) x)
    return f([=](T x)  return Y(f)(x); );


int main() 
    using fg = function<void(int)>;
    function<fg(fg)> sg = [](fg g) 
        return [g](unsigned long long int x) 
            std::cout << x << "\n";
            if(x < 1e9)
                g(x+1);
        ;
    ;

    Y(sg)(1);
    return 0;

这在 4781 和 9221 分别有和没有-O3 终止。

【问题讨论】：

@DieterLücking 详细说明？

尝试直接使用 lambda (auto f) 我认为开销在std::function

@Motti 它不会编译，因为它需要事先知道函数签名才能递归！

@prakharsingh95，好点，反正@Yakk 说开销在std::function 中，而不是在 lambda 中。

栈可以容纳 N 个字节。您可以在堆栈中放入 M 个小部件或 K 个小工具。小部件和小工具占用不同的字节数。又是什么问题？

【参考方案1】：

std 函数与 lambda 的含义不同。 std 函数是一个能够存储一些 lambda 表达式的对象，或者一个函数指针，或者一个指向成员函数的指针，或者一个指向成员数据的指针，或者几乎任何兼容地覆盖 operator() 的对象。

在 std 函数中存储 lambda 时，会产生一些开销。不多，但有一些。其中一些开销可能表现为更多地使用堆栈（并且在未优化的构建中开销会更大）。

您可以通过使用 y combinator 更直接地使用 lambda 进行递归，但即使在那里，您也会将对自身的引用作为参数传递，除非优化器消除了递归，否则它可能会使用更多堆。 （经过高度调整的优化器可能会注意到可以消除无状态 lambda 引用参数，但这似乎很难解决）。

【讨论】：

AFAIK, std::function 是编写递归 lambda 的唯一方法。如果你能举个例子那就太好了！

std::function 调用有一个额外的参数：Effectively does INVOKE(f, std::forward<Args>(args)..., R)（引用自en.cppreference.com/w/cpp/utility/functional/function/…）

@underscore_d 我也添加了结果。我还是不清楚。

@prak 链接到堆栈溢出时添加的 lambda 的许多 y 组合器之一。有很多变化。同样，不需要使用std::function。 std::function 用于类型擦除，我们所做的任何事情都不需要类型擦除。无论如何你问为什么递归深度更短，现在应该清楚原因了吧？